变质相系列和变质双带

一、变质相系列

变质相系列是由都城秋穗 ( Miyashiro，1961) 提出的。他在研究日本和环太平洋中生代变质地带之后，发现区域变质作用的多样性，远非巴洛式变质带这一种样式所能包括。他认为具有递进变质带的地区，与之相对应，必然包括几个变质相或亚相，它们以一定规律顺序排列，即构成一个变质相系列，简称变质相系。如巴洛式变质地带的相系列从低温到高温依次为: 低绿片岩相→高绿片岩相→低角闪岩相→高角闪岩相。每个相 ( 或亚相)的矿物组合特征和彼此排列样式各地区可以各不相同。当时他仍主张变质温度和压力均随地壳深度而增大。按这种观点，他认为变质相系不同的原因是由于各地区随深度 ( 压力)的增大而增温的速率 ( 即地温梯度) 不同。当随深度 ( 压力) 增大升温很快时，在较浅部 ( 即压力较低时) 即可达相对较高温度，有利于形成反映低压高温的矿物组合系列( 变质相系) ; 相反，如随深度 ( 压力) 增大增温很慢时，则在达到很大深度 ( 压力) 时温度仍较低，此时有利于形成相对低温高压的变质相系列。但近年来的研究表明变质相系只是反映 P/T 比在空间上的变化，它在 P － T 图上应是一条曲线，后者与反映地温梯度的P － T 曲线性质完全不同 ( 参考图 21 － 1) 。他依据 Al₂SiO₅三相点和 Ky = And 及 Ab = Jd +Q 的反应线，用 3 条 P / T 线在 P － T 图上划分出低压、中压和高压相系区 ( 图 22 － 15) 。但必须说明，此处所指的并不是压力绝对值的大小，实际是指 P/T 比值的大小 ( 或图中P － T 线的斜率) 。也可认为是指相同温度条件下，压力的相对大小，如当温度为 400℃时，低压相系的压力高限为 0. 4GPa，而中压相系的压力则在 0. 4 ～0. 9GPa 之间。他当时的划分方案如下:

图 22 －15 变质相系的 P － T 图( 据 Miyashiro，1972)

◎ 低压型 ( And － Sil 型) : 泥质岩石中出现红柱石和堇青石，P/T 梯度为 60 ～25℃ / km。

◎ 中压型 ( Ky － Sil 型) : 泥质岩石中出现蓝晶石、十字石和铁铝石榴子石，P/T 梯度为 25 ～ 16℃ /km。

◎ 高压型 ( Gl － Jd 型) : 以硬玉 + 石英代替钠长石或出现蓝闪石、硬柱石和文石等高压矿物为特征，P/T 梯度为 16 ～7℃ /km。

◎ 低压过渡型: 以十字石和堇青石、红柱石共生为特征。

◎ 高压过渡型: 以蓝闪石和蓝晶石共生，但不含硬玉为特征。

他认为每一变质地带范围内，变质岩中矿物共生和转变关系所反映的变质相空间组合样式实际是反映当时温压条件的空间展布和变化规律，后者又决定于地质背景和大地构造体制。例如，他提出以蓝片岩相为代表的高压相系反映高 P/T 梯度，而这种高压低温环境又和洋壳俯冲消减带相联系。这打破了长期以来单纯从物化作用角度来研究变质相的倾向，将变质作用的研究引向和大地构造环境相结合的新方向。不妥之处是仍以温度和压力均随深度而增大的深度带概念来看待所有变质作用，而且混淆了变质 P/T 梯度和瞬变的地温梯度之间的实质性差别。

二、变质双带及其成因

都城秋穗对日本列岛区域变质作用研究的另一重要成果是在多处发现高压变质地带和低压变质地带呈弧形配对平行排列，其延伸方向与大陆边缘轮廓一致，两带之间有时为宽百余千米的不变质地带。通常是高压带位于濒临大洋的凸侧，低压带则位于趋向大陆的凹侧。都城将这种特征称之为配对的变质地带 ( Paired MetamorphicBelt) ，文献 中 常 简 称 为 变质 双 带 或 双 变质 带。日本列岛范围内共有 3 处这样的变质双带，( 图 22 －16 ) ，其 中 以 由 领 家 ( Ryoke) 低 压( 低 P/T) 变质地带和三波川 ( Sanbagawa) 高压( 高 P/T) 变质地带组成的双带最为著名。

图 22 －16 日本列岛中生代变质双带分布示意图( 据 Miyashiro，1973)

1. 三波川高压 ( 高 P /T) 变质地带

主要由二叠纪海沟相火山 － 沉积岩系组成，多期变形强烈而不均匀，发生于白垩纪的变质作用属蓝片岩相 ( Sanbagawa 型) ，从海岸向中央构造线依次发育如下递进变质带: 沸石带→绿纤石 － 阳起石带→蓝片岩 － 绿片岩带→斜长角闪岩带。带内无同期花岗岩。一般认为这种高压带相当于洋壳板块俯冲时挠曲所形成的深海沟地带。组成洋壳的基性火山岩和深海相沉积物在此带较快速俯冲到深部，致使压力很快增高，但因岩石对热的传导较慢，至深处仍暂时保持原来近地表的较低温度，因此出现低温高环境，形成蓝片岩相变质作用，如俯冲深度更大时，还可出现榴辉岩 ( 图 22 －17) 。

图 22 －17 日本中生代变质双带的形成机制( 据 Miyashiro，1973)

2. 领家低压 ( 低 P /T) 变质地带

此带位于三波川高压变质地带的内侧，两者以中央构造线相接触。领家带主要由岛弧型沉积岩系夹中酸性火山岩等组成，变形作用强烈，其变质作用与三波川带基本同时，但属于低压类型。变质强度不均匀，相当一部分达角闪岩相，并局部见紫苏辉石，有向麻粒岩相过渡的趋势。红柱石和堇青石等低压矿物相当常见。部分地带为绿片岩相。泥质岩石中存在如下递进变质带: Q + Ab + Bi + Chl ( + Ms + Sps + Alm) →Q + Pl ( An30 ～50) +Bi ( + Ms + Kf + And + Alm) →Q + Pl + Ms + Alm + Kf + Crd ± Gt→Q + Pl + Kf + Bi ( + Sil +Alm + Crd) 。高级变质岩的分布与广泛分布的花岗闪长岩侵入体关系密切，有些已属接触变质范畴，都城秋穗认为从区域构造背景来看，此时没有必要严格区分是区域变质作用还是接触变质作用。

低压带的成因大致如图 22 －17 所示，此带总体相当于古岛弧，当大洋板块以一定倾角向大陆板块俯冲时，两者的界面为一剪切带，此带上方会出现一系列由剪切作用诱导出来的直立裂隙。由于地幔去气作用和俯冲洋壳及沉积物脱水作用析出的 H₂O 等流体相沿这些裂隙上升达大陆地壳底部，使其熔融，形成大量花岗质岩浆，它们向地壳较浅部位运动，使这一部位出现一种低压高温环境，形成一套相应的变质岩系。这些岩浆本身则成为中酸性火成侵入体和熔岩。所以低压高温变质岩系———广泛的花岗岩类侵入体 － 安山岩 －流纹岩火山岩系三位一体是这个带的最大特征。

三、变质双带的研究意义

都城秋穗自 1961 年提出变质相系概念以来，一直强调变质双带的全球意义。日本已发现三对变质双带 ( 图 22 －16) ，发生于古生代较老的飞 低压带 － 三郡高压带位于较新的领家 － 三波川双带的大陆一侧，这可能反映大陆地壳向外增生，及海沟 － 岛弧位置向海洋方向的迁移。在南太平洋的西里伯斯和新西兰南岛也有这种变质双带的报导。他认为北美西海岸的 Franciscan 群为典型高压变质带，它与其东北百余千米处的 Sierra Nevada 花岗岩带也可组成变质双带，但实际后者只有一些接触变质现象，并无广泛的低压高温区域变质岩系存在。他认为这种变质双带不限于中新生代环太平洋地区，欧洲也可能存在。如在加里东造山带中苏格兰的低压变质地带发育大量花岗岩，南阿普兰则有蓝片岩的报导，两者可能组成双变质带。欧洲南部的海西低 P/T 变质地带和阿尔卑斯的高 P/T 变质地带虽变质时代相距 200Ma，但也可看做变质双带。可是都城秋穗这种推论后来未能为国内外大多数岩石学家所接受。因为典型的变质双带实际只限于环太平洋的中新生造山带，它可能与现代板块机制的威尔逊旋回有关。全球其他各时代的造山带中有些存在蓝片岩相高压变质，但并无同时的低压带与之配套，有不少地区则根本不发育蓝片岩相高压变质地带，它的地位被绿片岩相所取代。总之，变质双带似不能成为全球各地质时代的通用模式。

另一方面都城秋穗认为低压变质和高压变质是区域变质作用的两个基本端元，而中压变质只是个过渡类型，不具独立地位。蓝片岩相与绿片岩相之间的区别也只是俯冲板块的厚度、俯冲角度和速度等因素不同所致。但近年来许多地区的研究表明，高压变质广泛出现于各时代碰撞造山带，并无与低压变质过渡现象。特别是按当代对变质作用进行动态研究的结果显示，这些低压组合常是变质高峰期后，地体回返和减薄过程中取代中压组合而成。England ＆ Richdson ( 1978，1984) 等的热模拟实验结果也表明，碰撞造山带的地球动力学模式一般只能形成中等 P/T 的变质相系列。总之这些方面的问题都还需进一步深入研究。

思 考 题

1. 正确理解深度带、递进变质带和等变质反应级等概念，说明它们之间的关系及其研究方法。

2. 对比中压条件下富铝系列和基性系列岩石中的递进变质带，并列出各带之间的临界变质反应。

3. 分析中压和低压条件下泥质岩石中递进变质带的差异。对比中压条件下富铝 ( Al₂O₃＞K₂O + Na₂O + CaO) 和 FeO / ( FeO + MgO) 比值高的泥质岩石和 Al₂O₃＜ K₂O + Na₂O +CaO 的泥质岩石中递进变质带的不同。

4. 列表总结各个区域变质相的泥质和基性岩中的特征矿物组合，它们与相邻变质相之间的临界变质反应及其温压条件。

5. 麻粒岩相和榴辉岩相的温压范围及其判断依据。

6. 蓝片岩相 Francisan 型和 Sangabawa 型的矿物组合特征和温压条件有哪些不同? 试探讨其构造环境方面的可能差别。

7. 说明变质相系和递进变质带概念的关系。为什么说变质相系所反映的是变质时的 P / T梯度，而不是地热梯度?

8. 变质双带的模式能否适用于全球各地质时代造山带? 为什么?